Новый подход в лечении диабета стволовыми клетками
Команда исследователей оптимизировала процесс преобразования стволовых клеток в инсулин-продуцирующие бета-клетки в лабораторных условиях, используя биологические и физические методы сортировки. Полученные результаты могут быть использованы для более эффективной трансплантации бета-клеток пациентам с сахарным диабетом 1 типа.
Исследователи из Гарвардского университета (Harvard University) использовали секвенирование ДНК одиночных клеток для выявления белка, производимого исключительно бета-клетками, созданными в лаборатории из стволовых клеток (СК). Это позволило увеличить объём получаемых бета-клеток с 30 до 80%. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature.
В 2014 году лаборатория Дугласа Мелтона (Douglas Melton) впервые показала, что стволовые клетки можно превратить в функциональные бета-клетки, создав потенциальный источник собственного инсулина для диабетиков. Тогда, на начальном этапе исследования, бета-клетки составляли 30% конечной клеточной смеси.
«Чтобы увеличить показатель в 30%, нам необходимо было понять состав остальных 70% полученных клеток», — сказал Адриан Верес (Adrian Veres), аспирант лаборатории Мелтона и ведущий автор настоящего исследования. «До недавнего времени мы не могли просто взять образец и узнать, какие типы клеток там представлены. Теперь же, благодаря революции в одноклеточном секвенировании, мы можем перейти от неведения к подробному составу».
Двухэтапное увеличение количества бета-клеток.
«Мы использовали метод одноклеточного секвенирования и молекулярную биологию для описания типов клеток, полученных нами из стволовых клеток. Начиная эксперимент, всегда необходимо знать, с чем именно вы работаете», — сказал Мелтон, содиректор Гарвардского Института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute).
Все клетки содержат одинаковый набор генов, но типы клеток отличаются в зависимости от того, какие гены активны (экспрессируются). Исследователи использовали секвенирование ДНК одиночных клеток для идентификации полной карты генов, которые экспрессируются в десятках тысяч отдельных клеток. Затем они сгруппировали клетки на основе их паттернов экспрессии.
Как и ожидалось, у некоторых клеток модели экспрессии генов были похожи на клетки, вырабатывающие гормоны в поджелудочной железе человека: альфа-клетки, продуцирующие глюкагон, и бета-клетки, продуцирующие инсулин. Кроме того, неожиданно для себя, исследователи обнаружили новый тип клеток, которые продуцируют нейромедиатор серотонин.
Также команда обнаружила белок, который экспрессируется только в бета-клетках. Это означало, что учёные могли использовать его как биологический «крючок», чтобы выудить бета-клетки из смеси.
В сотрудничестве с учёными из Semma Therapeutics команда из Гарварда разработала второй метод обогащения клеточной популяции бета-клетками: физически разделив все клетки в смеси, а затем позволив им вновь самостоятельно сгруппироваться.
Такая методика кластеризации увеличила количество бета-клеток. Она была основана на гипотезе, что клетки, вырабатывающие гормоны, больше притягиваются друг к другу, чем к клеткам, которые не продуцируют гормоны.
Одновременное использование обоих подходов увеличило дифференцировку СК в бета-клетки в популяции с 30 до 80 процентов.
«Поскольку наша работа связана с введением бета-клеток, полученных из стволовых клеток, пациентам, более чистая смесь означает, что мы можем использовать меньшее, менее инвазивное устройство для доставки такого же количества функциональных клеток», — сказала Фелиция Пальюка (Felicia Pagliuca), вице-президент по исследованиям и разработкам в области клеточной биологии в Semma Therapeutics.
Оптимизация смеси
Способность контролировать процент бета-клеток в смеси является ключевым открытием данного исследования. Теперь учёные могут акцентировать внимание на том, какой будет оптимальная смесь из различных типов клеток.
«80% бета-клеток – это то, к чему мы стремились», — сказал Верес. «Главный вопрос для нас сейчас заключается в том, что, возможно, необходимо большее количество других типов клеток для регуляции бета-клеток и их правильного функционирования. Мы собираемся выяснить, как типы клеток взаимодействуют друг с другом».
